stringtranslate.com

Никотинамидадениндинуклеотидфосфат

Никотинамидадениндинуклеотидфосфат , сокращенно НАДФ [1] [2] или, в более старой нотации, ТПН (трифосфопиридиннуклеотид), является кофактором, используемым в анаболических реакциях , таких как цикл Кальвина и синтез липидов и нуклеиновых кислот , которые требуют НАДФН в качестве восстановителя («источника водорода»). НАДФН является восстановленной формой, тогда как НАДФ + является окисленной формой. НАДФ + используется всеми формами клеточной жизни. НАДФ + необходим для жизни, поскольку он необходим для клеточного дыхания. [3]

NADP + отличается от NAD + наличием дополнительной фосфатной группы в положении 2' рибозного кольца, которое несет адениновый фрагмент . Этот дополнительный фосфат добавляется NAD + киназой и удаляется NADP + фосфатазой. [4]

Биосинтез

НАДФ+

В общем, НАДФ + синтезируется до НАДФН. Такая реакция обычно начинается с НАД + либо из de-novo, либо из пути утилизации, с НАД + киназой, добавляющей дополнительную фосфатную группу. АДФ-рибозилциклаза позволяет синтезировать из никотинамида в пути утилизации, а НАДФ + фосфатаза может преобразовывать НАДФН обратно в НАДН для поддержания баланса. [3] Некоторые формы НАД + киназы, особенно та, что в митохондриях, также могут принимать НАДН, чтобы превращать его непосредственно в НАДФН. [5] [6] Прокариотический путь изучен меньше, но со всеми похожими белками процесс должен работать похожим образом. [3]

НАДФН

NADPH производится из NADP + . Основным источником NADPH у животных и других нефотосинтезирующих организмов является пентозофосфатный путь , глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой (G6PDH) на первом этапе. Пентозофосфатный путь также производит пентозу, другую важную часть NAD(P)H, из глюкозы. Некоторые бактерии также используют G6PDH для пути Энтнера-Дудорова , но производство NADPH остается прежним. [3]

Ферредоксин–НАДФ + редуктаза , присутствующая во всех областях жизни, является основным источником НАДФН в фотосинтезирующих организмах, включая растения и цианобактерии. Она появляется на последнем этапе электронной цепи световых реакций фотосинтеза . Она используется в качестве восстановительной силы для биосинтетических реакций в цикле Кальвина для ассимиляции углекислого газа и помогает превратить углекислый газ в глюкозу. Она также выполняет функции по приему электронов в других нефотосинтетических путях: она необходима для восстановления нитрата в аммиак для ассимиляции растениями в азотном цикле и в производстве масел. [3]

Существует несколько других менее известных механизмов генерации НАДФН, все из которых зависят от наличия митохондрий у эукариот. Ключевыми ферментами в этих процессах, связанных с метаболизмом углерода, являются НАДФ-связанные изоформы яблочного фермента , изоцитратдегидрогеназа (ИДГ) и глутаматдегидрогеназа . В этих реакциях НАДФ + действует как НАД + в других ферментах в качестве окислителя. [7] Механизм изоцитратдегидрогеназы, по-видимому, является основным источником НАДФН в жировых и, возможно, также печеночных клетках. [8] Эти процессы также обнаружены у бактерий. Бактерии также могут использовать НАДФ-зависимую глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназу для той же цели. Как и пентозофосфатный путь, эти пути связаны с частями гликолиза . [3] Другим путем, связанным с метаболизмом углерода, участвующим в генерации НАДФН, является митохондриальный фолатный цикл, который использует в основном серин в качестве источника одноуглеродных единиц для поддержания синтеза нуклеотидов и окислительно-восстановительного гомеостаза в митохондриях. Недавно было высказано предположение, что митохондриальный фолатный цикл является основным фактором, способствующим генерации НАДФН в митохондриях раковых клеток. [9]

NADPH также может генерироваться через пути, не связанные с метаболизмом углерода. Ферредоксинредуктаза является таким примером. Никотинамиднуклеотидтрансгидрогеназа переносит водород между NAD(P)H и NAD(P) + и обнаружена в эукариотических митохондриях и многих бактериях. Существуют версии, которые зависят от протонного градиента для работы, и те, которые не зависят. Некоторые анаэробные организмы используют гидрогеназу, связанную с NADP + , разрывая гидрид из газообразного водорода для получения протона и NADPH. [3]

Подобно NADH , NADPH флуоресцентен . NADPH в водном растворе, возбужденный при поглощении никотинамида ~335 нм (близкий УФ), имеет флуоресцентное излучение, пик которого приходится на 445-460 нм (от фиолетового до синего). NADP + не имеет заметной флуоресценции. [10]

Функция

НАДФН обеспечивает восстанавливающие агенты, обычно атомы водорода, для биосинтетических реакций и окислительно-восстановительных процессов , участвующих в защите от токсичности активных форм кислорода (ROS), что позволяет восстанавливать глутатион (GSH). [11] НАДФН также используется для анаболических путей, таких как синтез холестерина , синтез стероидов, [12] синтез аскорбиновой кислоты, [12] синтез ксилита, [12] синтез цитозольных жирных кислот [12] и удлинение цепей жирных кислот в микросомах .

Система НАДФН также отвечает за генерацию свободных радикалов в иммунных клетках с помощью НАДФН-оксидазы . Эти радикалы используются для уничтожения патогенов в процессе, называемом респираторным взрывом . [13] Это источник восстановительных эквивалентов для гидроксилирования ароматических соединений , стероидов , спиртов и лекарств цитохромом Р450 .

Стабильность

NADH и NADPH очень стабильны в основных растворах, но NAD + и NADP + распадаются в основных растворах в флуоресцентный продукт, который можно удобно использовать для количественного определения. Наоборот, NADPH и NADH распадаются в кислых растворах, тогда как NAD + /NADP + довольно стабильны в кислоте. [14] [15]

Ферменты, использующие НАДФ(Н) в качестве кофермента

Ферменты, использующие НАДФ(Н) в качестве субстрата

В 2018 и 2019 годах появились первые два сообщения о ферментах, катализирующих удаление 2'-фосфата НАДФ(Н) у эукариот. Сначала сообщалось о цитоплазматическом белке MESH1 ( Q8N4P3 ) [18] , затем о митохондриальном белке ноктюрнине [19] . Следует отметить, что структуры и связывание НАДФН у MESH1 (5VXA) и ноктюрнина (6NF0) не связаны.

Шаростержневые модели НАДФ+ и НАДФН
  • НАДФ+
    НАДФ+
  • НАДФН
    НАДФН

Ссылки

  1. ^ "NADP никотинамидадениндинуклеотидфосфат". PubChem . Национальная медицинская библиотека США . Получено 22 августа 2024 г. .
  2. ^ Карлсон П. (2014-05-12). Введение в современную биохимию. Academic Press. ISBN 978-1-4832-6778-4.
  3. ^ abcdefg Spaans SK, Weusthuis RA, van der Oost J, Kengen SW (2015). «НАДФН-генерирующие системы у бактерий и архей». Границы микробиологии . 6 : 742. дои : 10.3389/fmicb.2015.00742 . ПМЦ 4518329 . ПМИД  26284036. 
  4. ^ Каваи С., Мурата К. (апрель 2008 г.). «Структура и функция НАД-киназы и НАДФ-фосфатазы: ключевые ферменты, регулирующие внутриклеточный баланс НАД(Н) и НАДФ(Н)». Бионаука, биотехнология и биохимия . 72 (4): 919–930. doi : 10.1271/bbb.70738 . PMID  18391451.
  5. ^ Ивахаши Y, Хитошио A, Таджима N, Накамура T (апрель 1989). «Характеристика NADH-киназы из Saccharomyces cerevisiae». Журнал биохимии . 105 (4): 588–593. doi :10.1093/oxfordjournals.jbchem.a122709. PMID  2547755.
  6. ^ Ивахаши Y, Накамура T (июнь 1989). «Локализация НАДН-киназы во внутренней мембране митохондрий дрожжей». Журнал биохимии . 105 (6): 916–921. doi :10.1093/oxfordjournals.jbchem.a122779. PMID  2549021.
  7. ^ Ханукоглу И, Рапопорт Р. (февраль–май 1995 г.). «Пути и регуляция продукции НАДФН в стероидогенных митохондриях». Endocrine Research . 21 (1–2): 231–241. doi :10.3109/07435809509030439. PMID  7588385.
  8. ^ Палмер М. "10.4.3 Поставка НАДФН для синтеза жирных кислот". Заметки по курсу метаболизма . Архивировано из оригинала 6 июня 2013 г. Получено 6 апреля 2012 г.
  9. ^ Ciccarese F, Ciminale V (июнь 2017 г.). «Избегая смерти: митохондриальный окислительно - восстановительный гомеостаз в раковых клетках». Frontiers in Oncology . 7 : 117. doi : 10.3389/fonc.2017.00117 . PMC 5465272. PMID  28649560. 
  10. ^ Blacker TS, Mann ZF, Gale JE, Ziegler M, Bain AJ, Szabadkai G и др. (май 2014 г.). «Разделение флуоресценции NADH и NADPH в живых клетках и тканях с использованием FLIM». Nature Communications . 5 (1). Springer Science and Business Media LLC: 3936. Bibcode :2014NatCo...5.3936B. doi : 10.1038/ncomms4936 . PMC 4046109 . PMID  24874098. 
  11. ^ Rush GF, Gorski JR, Ripple MG, Sowinski J, Bugelski P, Hewitt WR (май 1985). «Перекисное окисление липидов, вызванное органическим гидроперекисью, и гибель клеток в изолированных гепатоцитах». Токсикология и прикладная фармакология . 78 (3): 473–483. Bibcode : 1985ToxAP..78..473R. doi : 10.1016/0041-008X(85)90255-8. PMID  4049396.
  12. ^ abcd Rodwell V (2015). Harper's иллюстрированная биохимия, 30-е издание . США: McGraw Hill. стр. 123–124, 166, 200–201. ISBN 978-0-07-182537-5.
  13. ^ Огава К, Сузуки К, Окуцу М, Ямазаки К, Синкай С (октябрь 2008 г.). «Связь повышенных уровней реактивных форм кислорода из нейтрофилов с воспалением низкой степени у пожилых людей». Иммунитет и старение . 5 : 13. doi : 10.1186/1742-4933-5-13 . PMC 2582223. PMID  18950479 . 
  14. ^ Passonneau J (1993). Ферментативный анализ: практическое руководство . Totowa, NJ: Humana Press. стр. 3,10. ISBN 978-0-89603-238-5. OCLC  26397387.
  15. ^ Lu W, Wang L, Chen L, Hui S, Rabinowitz JD (январь 2018 г.). «Извлечение и количественное определение окислительно-восстановительных кофакторов никотинамидадениндинуклеотида». Антиоксиданты и окислительно-восстановительная сигнализация . 28 (3): 167–179. doi :10.1089/ars.2017.7014. PMC 5737638. PMID  28497978 . 
  16. ^ Ханукоглу I (декабрь 2017 г.). «Сохранение интерфейсов фермент-кофермент в FAD и NADP-связывающем адренодоксинредуктазе-A, повсеместно распространенном ферменте». Журнал молекулярной эволюции . 85 (5–6): 205–218. Bibcode : 2017JMolE..85..205H. doi : 10.1007/s00239-017-9821-9. PMID  29177972. S2CID  7120148.
  17. ^ Ханукоглу I (декабрь 1992 г.). «Стероидогенные ферменты: структура, функция и роль в регуляции биосинтеза стероидных гормонов». Журнал стероидной биохимии и молекулярной биологии . 43 (8): 779–804. doi :10.1016/0960-0760(92)90307-5. PMID  22217824. S2CID  112729.
  18. ^ Ding CKC, Rose J, Wu J, Sun T, Chen KY, Chen PH и др. (2018). «Реакция млекопитающих, подобная строгой, опосредованная цитозольной фосфатазой NADPH MESH1». bioRxiv . doi : 10.1101/325266 .
  19. ^ Estrella MA, Du J, Chen L, Rath S, Prangley E, Chitrakar A и др. (май 2019 г.). «Метаболиты NADP+ и NADPH являются мишенями циркадного белка Nocturnin (Curled)». Nature Communications . 10 (1): 2367. doi : 10.1101/534560 . PMC 6542800 . PMID  31147539.